镍基耐蚀合金焊接工艺

第２７卷第３期　２ｏ０８年６月　石油化工应用　

ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＯＵｓＴＲＹ　ＡＰＰＵＣＡ　ｎＯＮ　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎｅ．２００８　

镍基耐蚀合金焊接工艺　于世行，郝丁华　（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川７５００２６）　

摘要：分析了镍基耐蚀合金的焊接性，对镍及镍基耐蚀合金焊接时容易产生的各种焊接缺陷进行了详细分析，提出了相应的防止　措施。主要针对镍及镍基耐蚀合金的焊接工艺进行了系统的分析和阐述。　关键词：镍基耐蚀合金；焊接性；缺陷；防止措施；焊接工艺　中国分类号：ＴＧ．４４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—５２８５（２ＯＯ８）Ｏ３—０ｏ８７－ｏ３　

１镍基耐蚀合金焊接性分析　Ｉｎｃｏｎｅｌ８００和Ｉｎｃｏｎｅｌ６００均属Ｎｉ—Ｃ卜Ｆｅ类的镍基　耐蚀合金，有耐高温氧化和耐氯离子介质的应力腐蚀　性能，焊接性良好，电阻率较高，约为碳钢的５倍，线膨　胀系数大，导热率低，所以焊接接头中会产生较大的焊　接应力，同时镍具有单相组织，焊接时容易产生焊接热　裂纹、焊接气孔、夹渣、晶问腐蚀等焊接缺陷。　１．１焊接热裂纹的产生与防止措施　１）产生原因　在焊接过程中镍基合金具有较高的　焊接热裂纹敏感性，在弧坑易产生大的裂纹，晶间腋膜　是引发镍基合金单相组织凝固裂纹的最主要冶金因　素。内部成分不均匀或清洗不干净，有ｃ、Ｓ、Ｐ、Ｎｉ等元　素在熔池中形成低熔点共晶，结晶过程中杂质偏析现　象比较严重，使用焊接规范不当、大的热输入，都会引　起裂纹。裂纹导致结构强度降低，甚至引起整个结构的　突然破坏，因此是完全不允许存在的。　２）防止措施ａ．在焊接时采用小电流快速焊，填　满弧坑，对厚度大于６ｍｍ的焊件进行多层多道焊，环　境温度保持在５￣Ｃ以上，对焊缝两侧的污物清洗干净，　必须防止Ｓ、Ｐ等有害元素的混入，特别对含有硫或铅　的一些污物应彻底清除。　ｂ．提高锰含量能扩大一些有害元素（如Ｐ等）的溶　解度极限，因而提高焊接材料的锰含量和焊接材料的　纯度，减少或抑制焊条药皮与焊剂中有害元素的过度　均是有益的。　ｃ．正确选用与母材匹配的焊接材料是防止焊接热　裂纹的重要措施，采用合理的装配与焊接顺序，选用较　小的热输入量等工艺措施对防止热裂纹均有效。单相奥　氏体焊缝中有相等数量的微细碳化物、硼化物等第二相　质点，也可阻挡晶格缺陷的聚集，直到阻滞裂纹形成的　作用，镍基焊接材料中含有较高数量的Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ　等，同时加入多种元素，有利于防止热裂纹的形成。　１．２气孔的产生与防止措施　１）产生原因镍基合金的固液相温度间距小，流　动性偏低，在焊接快速冷却的凝固条件下，极易产生焊　缝气孔。影响焊缝中形成气孔的因素是氧、镍及其它合　金元素的含量，液态金属中可能会溶解更多的氧，而氧　在高温时与镍易氧化形成ＮｉＯ，ＮｉＯ能与液体金属中　的氢、碳发生反应形成Ｈ２ｏ和ＣＯ，在熔池凝固时，如　来不及逸出，残留在焊缝中就形成了气孔。焊接过程中　药皮过烧脱落起不到保护作用；焊炬过高保护气体保　护不了熔池或操作不当，以及环境风量过大等都可能　产生气孔。　２）防止措施ａ．镍基合金工作区远离碳钢工作　区，减少焊材水份的含量，选择正确的焊接规范，能使　药皮在焊接过程中起到应有的作用。　ｂ．正确地使用焊炬和保护气体的流量，选择合适　的喷嘴、完好的输气带、合格的保护气体的纯度、焊咀　与焊件的距离要合适，用挡风布围住施工现场，使整个　焊接过程不受外界影响，焊前清洗、清除坡口及其近区　的杂质污物等都可以防止焊接气孔的产生。　

收稿日期：２００８－０２—１８　作者简介：于世行；性别：男；出生：１９６４年；职称：焊接高级技师；职务：中国石油天然气集团公司技能专家。现在中国石油宁　夏石化公司安检公司工作。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ８８　石油化工应用２００８年　第２７卷　１－３夹渣的形成与防止措施　１）形成原因镍基合金的密度大，熔融金属中含　镍量较高，流动性差，渗透力小，在焊接时较为明显。焊　条在熔焊时受电阻热的作用，连续施焊时后半截焊条　药皮处于红热或半熔化状态，使其失去电弧吹力和保　护作用，熔合不均匀，熔融金属直接堆到焊缝中造成夹　渣。在多层多道焊时，层间渣清理不干净，内部层问咬　肉过深，焊接速度过快等都会造成夹渣。　２）防止措施使用合理的焊接规范，在焊接过程　中使用“断弧焊法”，多层多道焊时，层间焊渣清理干　净，避免层问咬肉现象，把熔融金属送到坡口中合适的　位置等措施，可以防止夹渣的形成。　１．４咬边的原因与防止措施　１）原因咬边是由于选择焊接规范不正确造成的，　如：电流过高、焊速过快熔融金属来不及与母材熔合、　焊工技术低操作不当、焊条或焊炬倾斜角度过大等都　能产生咬边现象。　２）防止措施严格执行操作规范，在现场施工时不　得随意变动；使用电源应相对稳定；提高焊工操作技术。　１．５焊接成形不良的原因与防止措施　焊缝成形不良表现在焊缝宽窄不一，成形粗糙且　不光滑，接头经常出现焊缝中心突起，高低不平，凹陷　等。产生这些缺陷的原因是：现场限制了焊接位置；焊　工操作不熟练；焊接工艺参数使用不当；焊条或焊炬角　度不正确等因素。　相应措施是先调整好焊接工艺参数，并对焊工做适　应性的模拟练习，掌握其操作要领，控制钢水密度大，流　动性差的能力。不同的焊接位置用不同的焊接方法。　１．６未焊透与未熔合的原因和防止措施　镍基合金在焊接过程中焊接规范不正确，如：电流过　小，间隙过小，坡口角度过小，焊炬使用不正确，内部保护　气体纯度不够等会造成未焊透和未熔合等焊接缺陷。　相应措施是采用正确的焊接规范，合适的间隙和坡　口角度，正确使用焊炬，内部氩气的纯度应为９９．９９％。　１．７焊接区晶问腐蚀和应力腐蚀的倾向　为了保证镍基合金耐晶间腐蚀的能力，还必须降　低碳、硅和铁的含量，同时增加镍、钛的含量，这样既可　消除高温敏化区又能保证焊接区不产生晶间腐蚀。　强制装配和内部不均匀的熔透都会造成应力腐　蚀，在装配时要自然接口，避免应力过多存在。用熟练　的焊接技术使焊接接头均匀的有规则的熔透，使整个　焊缝受热均匀。　２镍基耐蚀合金焊接材料选择　（１）焊接材料的选择原则正确地选择与母材相　匹配的焊接材料，焊材中的含碳量不应超过母材的含　碳量，同时要有比母材更高的铬镍比。　（２）焊接材料手工钨极氩弧焊选用焊丝ＥＲＮｉＣｒ－　３，ｑｂ２．４ｍｍ；手工电弧焊选用焊条ＥＮｉＣｒＦｅ一３，　３．２ｍｍ。　焊丝要干净、无油污、锈蚀。焊条使用前要封在防　潮的容器中干燥贮存。焊条烘干可在２５０￣Ｃｘｌｈ，恒温　１００￣Ｃｘ２ｈ的条件下烘干使用。　

３坡口制备及焊前清理　（１）采用Ｖ形坡口，坡口角度３５—４０。，钝边为　ｌｍｍ，问隙保持在２．５—３ｍｍ之间，将坡口５０ｍｍ范围内　的污物清理干净。　（２）清洁是成功焊接镍基合金的重要条件之一，　铅、硫、磷和某些低熔点元素能增加镍及其合金的焊接　裂纹倾向。焊前必须清理坡口两侧５０ｍｍ范围内的油、　氧化膜、污物等，并见金属光泽，采用四氯化碳清洗。焊　前预热到６０ｃ【＝，以免湿气冷凝导致焊缝气孔。如是铸造　镍基合金的焊接，需加热１００—１５０￣Ｃ以减少焊缝的裂纹　倾向，焊后还需消除应力。　

４焊接顺序及焊接工艺参数　开坡口一打磨一清理一手工钨极氩弧焊组对点固一　手工钨极氩弧焊打底一手工电弧焊盖面。　

５手工钨极氩弧焊的焊接操作要点　（１）管口组对时错边量要小于１ｍｍ，定位焊采用　过桥式焊接操作方法，长度不小于１０ｒａｍ。　（２）手工钨极氩弧焊采用直流正接，焊前做好背面充　氩气保护，用胶纸或胶布封住坡口，密封的胶布开口不宜　过长，否则易造成内部氧化。选用合适的氩气流量，如管　径为巾１　１４ｍｍ时，充气１０ｒａｉｎ，气体流量为１０ｌＪｍｉｎ。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　于世行等镍基耐蚀合金焊接工艺　８９　（３）正式焊接时对准坡口引弧施焊，熔化坡口两内　边，焊丝稳稳送入熔池中，使坡口母材与焊丝熔滴相熔　合，当坡口两边出现圆型熔孑Ｌ时，即表示焊透。焊丝加　热端最好处在气体的保护状态，并匀速送入熔池，但不　能用于搅拌熔池，在保证不触及钨极的情况下，选用短　弧施焊，并做小的摆动，填满弧坑。　（４）要特别注意避免裂纹、气孑Ｌ的发生，防止出现　内部不规则的熔透。选用合适的焊接速度，保证均匀焊　透和焊缝的致密性。为了避免背部凹肉，在母材和焊丝　熔滴成型的瞬间电弧前行，照此法施焊下去。如果熔滴　和母材完全熔合后，焊具前行不及时，焊件背部就会产　生凹肉。　（５）当施焊到定位焊处时，用磨光机将定位焊缝磨　掉。正常焊接过程中采用预热式接头方式，管口的上、　下位置的始焊端和终结端均采用削薄式接头方式。由　于内部充气给熔池增加了一定的压力，焊接收尾时，在　约２０ｒａｍ长未焊处，即关闭向管口内输入的保护气体，　以保证焊接接头成形良好。　６手工电弧焊焊接操作要点　（１）由于镍基耐蚀合金的电阻率高，焊接时产生的电　阻热较大，药皮容易发红和开裂，所以同样直径的焊条焊　接电流值应比嘛碳钢焊条降低２Ｏ％左右，否则焊接时由　于药皮的迅速发红、开裂失去保护而造成焊接缺陷。　（２）焊接时，焊条要做小的横向摆动，采用小电流　快速焊，一次焊成的焊缝不宜过宽，多层焊时，层间要　彻底清除熔渣，层间温度保持在小于６０℃，严禁在焊件　上随意引弧，以免损伤焊件表面，影响耐腐蚀性。从仰　焊处施焊到下４５。时用连弧焊操作法，从下４５。至上　４５ｏ之间用断弧焊操作法，从上４５。至上接头处用连弧　焊操作法。断弧焊要做到引弧、断弧干净利索，保证熔　滴与母材熔合良好。镍基合金的焊接熔池粘度大、导热　慢、凝结慢，断弧频率要根据熔池的温度变化而决定。　连弧焊时，焊条做ｚ型运条匀速摆动，使坡口两边熔　合，当焊条在坡口的一边把坡口边缘熔合后，稍做前　行，使熔池前移，反复运作，形成连弧。　（３）由于镍基合金焊接熔池流动性较差，为防止产　生未熔合、气孑Ｌ、夹渣等缺陷，在焊接过程中适当摆动　焊条以将熔化金属送到坡口中合适的位置，同时注意　保持一定的角度。从垂直点仰焊时，焊条角度前倾７５—　８５。，压低电弧，将焊条摆动到位，使熔滴顺利到达所焊　位置，否则熔滴不到位，成形差，易产生缺陷。从垂直点　焊到下４５。时，焊条的角度变为后倾７０—８０。，一直到上　４５。时焊条角度变为垂直。焊接接头时注意使用反向引　弧，以利于焊接接头处焊缝平滑，并抑制气孔的产生。　

７焊后检验　（１）外观检验以肉眼观察为主，有时也可以用５　倍放大镜观察，检查咬边、表面气孔、裂纹、弧坑等缺陷　以及焊缝的外形尺寸，检查范围１００％合格。　（２）Ｘ射线检验ｘ射线探伤是检查镍基合金金属　焊缝内部缺陷最有效的方法，它能确定焊缝内部的气　孑Ｌ、夹渣、未焊透、内部裂纹等缺陷。　以上是本人在多个施工项目中，对镍基合金焊接　的操作技术、方法、经验等方面的总结，供同行参考使　用。在几个项目中的所有焊口经ｘ射线探伤，检测结　果一次性１００％合格。